聚乙二醇回收中的余熱利用

陽 輝，徐元清，韓志民，陳亞麗

(河南新大新材料股份有限公司,河南 開封 475000)

2013-09-29

作者簡介：陽輝(1984-)，男，廣西靈川人，碩士，研究方向：精細化工及催化，E-mail:yang12593@126.com。

doi

：10.3969/j.issn.1672-5425.2013.12.019

聚乙二醇回收中的余熱利用

陽 輝，徐元清，韓志民，陳亞麗

(河南新大新材料股份有限公司,河南 開封 475000)

從硅片切割廢料漿中回收聚乙二醇，對減輕環境污染、提高資源利用率意義重大。聚乙二醇的回收過程中蘊含大量的余熱，回收利用這些余熱，將其用于鍋爐補水的加熱和脫色前的聚乙二醇預熱，可以獲得可觀的經濟、環境和社會效益。

聚乙二醇；回收；余熱

進入21世紀，能源與環境問題成為人們最為關注的問題之一。能源短缺、環境污染影響到了人類社會的可持續發展，而節能減排、提高資源的綜合利用率是解決能源問題的重要途徑，也能帶來可觀的環境效益。工業生產本身就是一個耗能相當大的行業，除了生產工藝相對落后、產業結構不合理等因素外，工業余熱利用率低、能源沒有得到充分利用也是造成我國單位GDP能耗高的主要原因。在我國，工業生產的能耗約占全國總能耗的70%以上，但能源的利用率僅為33%左右，比發達國家低約10%，超過一半的工業耗能以各種形式的余熱被浪費掉。因此，發掘利用余熱資源十分重要[1-3]。

太陽能硅片切割過程中，聚乙二醇作為分散劑能夠使碳化硅顆粒均勻分散，并且帶走切割過程中產生的大量摩擦熱，減少硅片切割中短線、表面線痕、微裂、崩邊等問題的發生。聚乙二醇可以從硅片切割廢液中提取出來重新利用，提取過程一般包括固液分離、脫色、離子交換精濾、減壓蒸餾，其中減壓蒸餾是高耗能過程，同時也蘊含著大量的余熱資源(如：蒸餾出來的飽和蒸汽和高溫成品聚乙二醇)，如何將這部分余熱合理回收利用一直是技術人員探索的問題[4，5]。

1 余熱回收方案

聚乙二醇回收中減壓蒸餾過程蘊含的余熱最多，主要有兩部分：一是蒸餾出來的低沸物(主要是水)形成的飽和蒸汽；二是蒸餾完成后的高溫成品聚乙二醇。兩部分余熱可以分為兩條主線進行回收利用，其中飽和蒸汽余熱可以用軟化水進行換熱回收，加熱后的高溫軟化水可以用于鍋爐補水；高溫成品聚乙二醇余熱可以用常溫的聚乙二醇溶液進行回收，因為聚乙二醇回收過程中脫色部分一般在60～80 ℃下進行，如果對脫色前的聚乙二醇溶液進行預加熱不僅減少了脫色過程中蒸汽用量，還提高了工作效率[6]。

1.1 飽和蒸汽余熱回收

蒸餾塔排放出來的飽和蒸汽溫度達到90～120 ℃，直接排放會有很大危險，很多企業都采用自來水直接冷卻的降溫方式將其冷卻，這樣產生的高溫冷卻水用途有限，甚至都沒有利用，而且冷凝器很容易結垢、堵塞，需要經常清理、維護，對生產造成影響。如果用軟化水對飽和蒸汽的余熱進行回收，那么回收后的高溫熱水就可以回輸給鍋爐，鍋爐只需要將高溫軟化水加熱成蒸汽就可以供熱了，而且軟化水也不會出現結垢、堵塞冷凝器的問題[7]。

圖1是飽和蒸汽余熱回收流程。經過軟化的軟化水進入軟化水箱；軟化水經過管道流入循環水箱；之后從軟化水進口進入汽水換熱器，與蒸餾塔頂排出的飽和蒸汽在汽水換熱器中進行熱交換，經過加熱的軟化水從出口流入循環水箱，再從軟化水進口流入汽水換熱器，進行循環換熱；飽和蒸汽經過汽水換熱器后變為高溫蒸餾水，流入循環水箱。當循環水箱中的水達到設定溫度后，經管道進入高溫軟化水保溫水箱，供鍋爐補水用。此時，軟化水箱中的水再次流入循環水箱，進行新一輪的循環換熱。

圖1 飽和蒸汽余熱回收流程Fig.1 The recycling process of waste heat from saturated aqeous vapour

1.2 高溫成品聚乙二醇余熱回收

經過蒸餾除水后的成品聚乙二醇溫度高達120 ℃左右，一般也是用自來水冷卻后放置到室溫，再包裝外運，這部分高溫成品的余熱被白白浪費掉。如果用常溫脫色前的聚乙二醇對這部分余熱進行回收，不僅可以節省聚乙二醇脫色時的加熱量，還可以提高工作效率[8]。

圖2是高溫成品聚乙二醇余熱回收的流程。經過蒸餾塔蒸餾除水后，達到回收要求純度的高溫聚乙二醇從蒸餾塔底部經管道流入循環換熱系統，常溫聚乙二醇溶液從循環換熱系統的另一端流入，冷熱聚乙二醇在換熱系統中進行熱量交換。預熱后的聚乙二醇溶液流入保溫儲罐中，直接進入下一步脫色階段，經換熱冷卻的成品聚乙二醇進入常溫成品儲罐中，儲存待用。此時，進行下一輪循環換熱。

圖2 高溫成品聚乙二醇余熱回收流程Fig.2 The recycling process of waste heat from high temperature of polyethylene glycol product

2 效益核算

以河南新大新材料股份有限公司目前30 t·d-1的成品聚乙二醇計算，蒸餾除水前的聚乙二醇濃度約為50%，因此每天蒸餾的聚乙二醇溶液為60 t·d-1。這樣每天將會有30 t的飽和蒸汽和30 t的高溫成品聚乙二醇的余熱可以回收利用。飽和蒸汽為110 ℃，再從100 ℃的蒸餾水降到60 ℃的鍋爐用水；高溫成品聚乙二醇也為110 ℃，換熱降溫到60 ℃。按下式計算減壓蒸餾過程中可以利用的余熱：

飽和蒸汽=1.98×(110-100)×30000+2257×30000

=1634萬kcal·d-1

蒸餾水=4.187×(100-60)×30000=120萬kcal·d-1

高溫成品=3.5×(110-60)×30000=100萬kcal·d-1

式中：1.98為過熱蒸汽比熱；2257為水汽化潛熱。

回收的熱量如果全部由燃煤代替，計算煤耗，結果見表1。

表1回收的熱量采用燃煤耗量

Tab.1The coal consumption amount equivalent to the recycled heat

注：燃煤量=回收制熱量÷燃煤熱值÷燃煤能效

由表1可知，飽和蒸汽和蒸餾水回收的熱量與成品聚乙二醇回收的可利用熱量合計為1854萬kcal·d-1，若全部采用燃煤代替熱量，相當于每天節省6180 kg，每年以350 d計算，可為企業節省燃煤2163 t，以每噸煤價(運輸、堆放產地、人工等費用)580元市價計算，相當于每年可為企業節省125.45萬元的開支。

節省燃煤的環境效益見表2。

表2節省燃煤的環境效益/t·a-1

Tab.2Environmental benefits of saving coal/t·a-1

由表2可知，由于余熱回收利用一年可以節省燃煤2163 t，避免了燃煤會造成的大量有害氣體、粉塵的排放，帶來了可觀的環境效益，符合國家的節能減排政策。

3 結語

聚乙二醇回收過程中蘊含豐富的余熱資源，這些余熱被合理回收利用后不僅可以為企業節省相當可觀的能源開支、提高資源的利用率，其潛在的社會效益和環境效益更加可觀。為相關企業的余熱回收利用起到了示范作用。

[1] 趙欽新，王宇峰，王學斌，等.我國余熱利用現狀與技術進展[J].工業鍋爐，2009,(5):8-15.

[2] 連紅奎，李艷，束光陽子，等.我國工業余熱回收利用技術綜述[J].節能技術，2011,29(2):123-128，133.

[3] 馮惠生，徐菲菲，劉葉鳳，等.工業過程余熱回收利用技術研究進展[J].化學工業與工程，2012,29(1):57-64.

[4] 王兆鵬,胡曉民.燒結余熱回收發電現狀及發展趨勢[J].燒結球團,2008,33(1):31-35.

[5] 唐康寧.從切割廢漿中回收多晶硅錠、碳化硅粉和聚乙二醇的方法[P].CN 101 792 142 A,2010-08-04.

[6] 王彭,李宏,王祎.一種聚乙二醇過濾提純裝置[P].CN 202 865 198U,2013-04-10.

[7] 鐵生年,侯思懿.一種利用切割硅片廢液回收提純聚乙二醇的方法[P].CN 103 087 813A,2013-05-08.

[8] 邢鵬飛,郭菁,劉燕,等.單晶硅和多晶硅切割廢料漿的回收[J].材料與冶金學報,2010,9(2):148-153.

UtilizationofWasteHeatfromPolyethyleneGlycolRecovery

YANG Hui,XU Yuan-qing,HAN Zhi-min,CHEN Ya-li

(HenanXindaxinMaterialsCo.,Ltd.,Kaifeng475000,China)

Recovery of polyethylene glycol from the single crystal and polycrystalline silicon cutting waste plays an important role on reducing environmental pollution and improving resource utilization.There contains a large amount of waste heat in the recovery process of polyethylene glycol.The recycling of the waste heat can be carried out for heating boiler water and preheating polyethylene glycol before decolorization,which can not only get considerable economic benefit,but also get environmental benefit and social benefit.

polyethylene glycol;recovery;waste heat

TQ 325 TK 115

A

1672-5425(2013)12-0072-03